CN116334505A - 冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法和应用 - Google Patents
冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法和应用。该高强度结构钢由以下成分组成：C0.06‑0.08%，Si0.09‑0.10%，Mn0.8‑1.2%，P≤0.017%，S≤0.006%，Ni0.020‑0.023%，Cr0.02‑0.04%，Cu0.02‑0.03%，Zr0.005‑0.008%，Ti0.08‑0.12%，N0.0026‑0.0048%，Al0.024‑0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该高强度结构钢，通过单Ti元素提升产品强韧性、焊接性，降低产品的合金添加成本；提高钢材的综合性能，保证钢材的屈服强度、抗拉强度。
Description
技术领域
本申请涉及合金领域，尤其涉及一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法和应用。
背景技术
各行业对钢铁材料的强度提出了更高的要求，这极大推动了汽车大梁钢的生产与发展。目前高强度结构钢多采用Nb、Ti、V等进行微合金化，实现钢材强韧性、焊接性的提升。冷裂纹敏感系数Pcm（Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo+15V+5B）是初步判断焊接性最直接方法。随后，利用HAZ的最大硬度HVmax判断钢材的冷裂敏感性。钢材在焊接处有很大程度裂纹倾向，此处冷裂纹敏感系数指数增加，钢材焊接性能极差。一般情况添加较高含量Mo、Mn、Cr合金元素改善其焊接性能，不仅导致成本升高，还导致裂纹敏感系数增加。
申请号CN202010595871.8的专利申请公开了一种冷裂纹敏感系数≤0.25的易焊接超高强钢及生产方法，该发明添加了较高含量的Cr、Mo、Nb的贵金属元素，不仅冷裂纹敏感系数高，而且生产成本更高使钢材的应用场景受到了一定的限制。
申请号CN202111596894.1的专利申请公开了一种冷裂纹敏感系数≤0.19的620MPa级高强钢及其生产方法，该发明所得钢材屈服强度达到649MPa，抗拉强度达到716MPa，延伸率达到16.5%。但是其各项性能还难以满足实际需要。
开发一种单钛强化、成本低、强韧度高、焊机性能高的冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢，提高钢材的性能，增加利润，节约资源，对钢铁工业的发展至关重要。
发明内容
本申请的目的在于提供一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法和应用，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06-0.08%，Si：0.09-0.10%，Mn：0.8-1.2%，P≤0.017%，S≤0.006%，Ni：0.020-0.023%，Cr：0.02-0.04%，Cu：0.02-0.03%，Zr：0.005-0.008%，Ti：0.08-0.12%，N：0.0026-0.0048%，Al：0.024-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
本申请还提供一种所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的制备方法，包括：
将原料依次进行铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取和回火。
优选地，所述转炉冶炼开始时，铁水中S含量≤0.015%；
所述转炉冶炼结束时，S含量≤0.006%，C含量为0.04%-0.06%，氧含量≤600ppm。
优选地，所述LF精炼过程中生石灰380-420kg/吨、精炼渣20-25kg/吨；
所述LF精炼过程中加入含钛包芯线后，吹氩10min-15min。
优选地，所述转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min；
所述LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
优选地，所述连铸的拉速为1.15m/min-1.35m/min。
优选地，所述连铸在开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
优选地，轧制过程中铸坯加热温度为1230℃-1280℃，所述粗轧的温度为1070℃-1110℃，所述精轧的温度为890℃-1078℃。
优选地，所述冷却以18-20℃/s至630℃，所述卷取的温度为590℃-630℃，所述回火的温度为540℃-560℃。
本申请还提供一种所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的应用，用于汽车、船舶和石油钻探设备的制造。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，对各元素及其含量的优化，通过单Ti元素提升产品强韧性、焊接性的成分设计，降低了产品的合金添加成本；提高了钢材的综合性能，保证了钢材的屈服强度、抗拉强度大于700MPa，产品生产厚度适用于4-5mm的板材。按照当前市场合金价格计算，可使每吨钢经济效益增加90-100元/吨。
本申请提供的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的制备方法，采用Ti微合金化生产，可以提高材料的强度和焊接性能，提高了钢材的力学性能，解决了汽车、船舶和石油钻探等强韧性、焊接性问题。
本申请提供的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，可广泛应用于汽车、船舶和石油钻探设备等制造。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例1所得高强度结构钢中组织形貌照片；
图2为实施例1所得高强度结构钢焊接热影响区图；
图3为实施例1所得高强度结构钢应力应变曲线图；
图4为对比例1所得高强度结构钢中组织形貌照片；
图5为对比例1所得高强度结构钢焊接热影响区图；
图6为对比例5所得高强度结构钢中晶粒形貌照片。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06-0.08%，Si：0.09-0.10%，Mn：0.8-1.2%，P≤0.017%，S≤0.006%，Ni：0.020-0.023%，Cr：0.02-0.04%，Cu：0.02-0.03%，Zr：0.005-0.008%，Ti：0.08-0.12%，N：0.0026-0.0048%，Al：0.024-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
各元素的选择理由如下：
C：适量的C能促进耐磨钢强度、淬透性、硬度。但是，过量的C含量恶化钢的韧塑性和焊接性能。
Si：Si能溶于铁素体使铁素体得到强化，提高钢材的强度、硬度等，但是过量的Si将会降低钢材的塑性和冲击性能，并恶化钢材焊接性能。
Mn：Mn可以与Fe形成固溶体，提高钢中铁素体、奥氏体的强度、硬度、低温冲击韧性，但是过量的Mn含量对钢材的焊接性能不利。
P：钢中原料不可避免带有杂质元素，会降低钢的强韧性和焊接性能，尽可能通过工艺降低钢中含量，但一味追求低含量的磷会造成冶炼成本增加。
S：钢中原料不可避免带有杂质元素，尽可能通过工艺降低钢中含量。为避免Ti4S2C2的析出，加入适量Mn生产稳定的MnS。
Ni：Ni能细化铁素体晶粒，改善钢的低温冲击性能、抗腐蚀性能，增加Ni含量，钢材的低温脆化转变温度降低，低温冲击韧性显著提高。
Cr：Cr元素在钢材中有优异的抗高温性和耐氧化腐蚀作用，但是过量的Cr容易导致钢材的脆性转变温度提高，冲击性能下降，焊接性能恶化。
Cu：Cu不仅可以改善钢材耐腐蚀能力，还可以提高钢材强度与韧性，含量低的Cu发挥作用于Ni相似，但是过量的Cu对钢材后续热变形加工产生不利的影响，进而导致高温铜脆。
Zr：Zr低炼钢过程中强有力的脱氧或脱氮元素，细化铁素体晶粒。加入少量的锆不仅细化晶粒，增加强度和硬度，还有利于钢的低温性能、改善冲压性能。
Ti：钛的碳化物与钛的碳氮化物可扎钉晶界阻止奥氏体晶粒长大从而细化晶粒,并在冷却和卷取过程促进沉淀强化作用，然而，过少与过量的钛元素的加入量都存在危害，寻找最佳的值将其钛元素作用发挥到最佳。
N：N与Ti结合形成氮化物，高温稳定，细小TiN的细晶强化，改善力学性能。
Al：适量的Al元素有利于细化晶粒，并提高钢的韧性。在钢液中，[Al]更易与[O]发生反应，但钢中Ti含量的增加Al2O3析出尺寸逐渐减小。
冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，C的含量可以为0.06%、0.07%、0.08%或者0.06-0.08%之间的任一值，Si的含量可以为0.09%、0.095%、0.10%或者0.09-0.10%之间的任一值，Mn的含量可以为0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%或者0.8-1.2%之间的任一值，P的含量可以为0.001%、0.005%、0.010%、0.015%、0.017%或者小于等于0.017%的任一值，S的含量可以为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%或者小于等于0.006%的任一值，Ni的含量可以为0.020%、0.021%、0.022%、0.023%或者0.020-0.023%之间的任一值，Cr的含量可以为0.02%、0.03%、0.04%或者0.02-0.04%之间的任一值，Cu的含量可以为0.02%、0.025%、0.03%或者0.02-0.03%之间的任一值，Zr的含量可以为0.005%、0.006%、0.007%、0.008%或者0.005-0.008%之间的任一值，Ti的含量可以为0.08%、0.09%、0.10%、0.11%、0.12%或者0.08-0.12%之间的任一值，N的含量可以为0.0026%、0.0030%、0.0035%、0.0040%、0.0045%、0.0048%或者0.0026-0.0048%之间的任一值，Al的含量可以为0.024%、0.025%、0.026%、0.027%、0.028%、0.029%、0.030%、0.031%、0.032%、0.033%或者0.024-0.033%之间的任一值。
本申请还提供一种所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的制备方法，包括：
将原料依次进行铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取和回火。
在一个可选的实施方式中，所述转炉冶炼开始时，铁水中S含量≤0.015%；
所述转炉冶炼结束时，S含量≤0.006%，C含量为0.04%-0.06%，氧含量≤600ppm。
在一个可选的实施方式中，所述LF精炼过程中加入生石灰380-420kg/吨、精炼渣20-25kg/吨；
可选的，所述LF精炼过程中加入生石灰的量可以为380kg/吨、390kg/吨、400kg/吨、410kg/吨、420kg/吨或者380-420kg/吨之间的任一值，精炼渣的量可以为20kg/吨、21kg/吨、22kg/吨、23kg/吨、24kg/吨、25kg/吨或者20-25kg/吨之间的任一值。
所述LF精炼过程中加入含钛包芯线后，吹氩10min-15min。
可选的，吹氩的时间可以为10min、11min、12min、13min、14min、15min或者10min-15min之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min；
所述LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
可选的，所述转炉冶炼的开始温度可以为1280℃、1290℃、1300℃、1310℃、1320℃或者1280-1320℃之间的任一值，结束温度可以为1710℃、1720℃、1730℃或者1710-1730℃之间的任一值，吹炼时间可以为15min、16min、17min、18min、19min或者15-19min；所述LF精炼的温度可以为1590℃、1600℃、1610℃、1620℃、1630℃、1640℃或者1590-1640℃之间的任一值，时间可以为14min、15min、20min、25min、29min或者14-29min之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述连铸的拉速为1.15m/min-1.35m/min。
可选的，所述连铸的拉速可以为1.15m/min、1.20m/min、1.25m/min、1.30m/min、1.35m/min或者1.15m/min-1.35m/min之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述连铸在开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
在一个可选的实施方式中，轧制过程中铸坯加热温度为1230℃-1280℃，所述粗轧的温度为1070℃-1110℃，所述精轧的温度为890℃-1078℃。
可选的，轧制过程中铸坯加热温度可以为1230℃、1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或者1230℃-1280℃之间的任一值，所述粗轧的温度可以为1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃或者1070℃-1110℃之间的任一值，所述精轧的温度可以为890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1078℃或者890℃-1078℃之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述冷却以18-20℃/s至630℃，所述卷取的温度为590℃-630℃，所述回火的温度为540℃-560℃。
可选的，冷却速率可以为18℃/s、19℃/s、20℃/s或者18-20℃/s之间的任一值，所述卷取的温度可以为590℃、600℃、610℃、620℃、630℃或者590℃-630℃之间的任一值，所述回火的温度可以为540℃、550℃、560℃或者540℃-560℃之间的任一值。
本申请还提供一种所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的应用，用于汽车、船舶和石油钻探设备的制造。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：0.98%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Zr：0.006%，Ti：0.092%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
上述冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨（生产商：万邦铝业，商品名：烧结精炼渣），及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
实施例1所得高强度结构钢中组织形貌照片，如图1所示；
实施例1所得高强度结构钢焊接热影响区图，如图2所示；
实施例1所得高强度结构钢应力应变曲线图，如图3所示。
实施例2
本实施例提供一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.08%，Si：0.09%，Mn：0.85%，P：0.015%，S：0.004%，Ni：0.02%，Cr：0.003%，Cu：0.023%，Zr：0.007%，Ti：0.084%，Al：0.033%，N：0.0047%其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
上述冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
实施例3
本实施例提供一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.07%，Si：0.10%，Mn：0.91%，P：0.011%，S：0.002%，Ni：0.021%，Cr：0.004%，Cu：0.029%，Zr：0.008%，Ti：0.086%，Al：0.027%，N：0.00378%其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
上述冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例1
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：1.45%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Zr：0.006%,Ti：1.5%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例1所得高强度结构钢中组织形貌照片，如图4所示；
对比例1所得高强度结构钢焊接热影响区图，如图5所示。
对比例2
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Zr：0.006%,Ti：1.5%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例3
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.10%，Mn：1.45%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.030%，Zr：0.006%,Ti：1.5%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例4
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.10%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.030%，Zr：0.006%,Ti：1.5%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例5
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Zr：0.006%,Ti：0.021%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例6
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Zr：0.006%,Ti：0.021%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例7
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.10%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.030%，Zr：0.006%,Ti：0.021%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例8
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.10%，Mn：0.25%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.030%，Zr：0.006%,Ti：0.021%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例9
本对比例提供高强度结构钢，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06%，Si：0.09%，Mn：0.98%，P：0.012%，S：0.006%，Ni：0.021%，Cr：0.003%，Cu：0.029%，Ti：0.092%，Al：0.026%，N：0.0046%其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.7<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.8。
上述一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取、回火的工艺流程，具体如下：
转炉冶炼：铁水预处理，S：0.015%，转炉冶炼终点最佳C：0.06%，终点氧含量300ppm，减少后吹杜绝二次补吹。转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min。
LF精炼：加入生石灰400kg/吨、含CaO-Al2O3-SiO2基低熔点、高碱度的精炼渣20kg/吨，及时调整渣况。加入含钛包芯线后吹氩时间：10min。LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
连铸：稳定拉速控制成分偏析，拉速1.25m/min。全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
轧制：铸坯加热温度控制在1260℃，粗轧控制在1070℃，精轧温度控制在890℃，冷却以19℃/s至630℃，卷取温度控制在590℃，回火温度控制在550℃。
对比例9所得钢材中晶粒形貌照片如图6所示。
测试实施例和对比例所得钢材化学成分（wt%），结果如表1所示：
表1实施例和对比例所得钢材化学成分（wt%）
测试实施例和对比例所得钢材的性能数据，结果如表2所示：
表2性能测试数据
实施例相比较，在3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6范围内Ti、Mn、Cu、Si合适的配比以及少量Zr元素辅助，来降低钢材的冷裂纹敏感系数，提高HAZ区域硬度，实现提升钢材强韧、焊接性能，特别是实例1中屈服强度、抗拉强度大于700MPa，延伸率达到23%，冷裂纹敏感系数≤0.13，热影响区的硬度高且接近于基体硬度。与实施例1比较，不合适的钛锰合适的配比使得对比例1中HAZ热影响区中粗晶区变宽，晶粒粗大，焊接冷裂纹敏感性增加，强度与冲击性能变差。同理，对比例2、3、4、5、6、7、8中高低不同含量的钛锰硅配比不仅高于或者低于范围而且性能更差，尤其是对比例6中钛锰硅配比远低于范围且性能最差。Zr是在低炼钢过程中强有力的脱氧或脱氮元素，很大程度减少一定量的氮元素与钛元素形成大尺度的氮化钛夹杂，可以细化铁素体晶粒，增加强度和硬度，还有利于钢的低温性能、改善焊接性能。对实施例1对比，未加Zr元素的对比例9，虽然冷裂纹敏感系数≤0.13，但是屈服强度只有670MPa。因此，合适的钛锰配比以及少量Zr元素辅助，来降低钢材的冷裂纹敏感系数，提高HAZ区域硬度，实现提升钢材强韧、焊接性能。
本申请提供的冶炼方式可以推广至短流程炼钢，产品可推广至各种热轧钢筋、耐候钢和焊丝钢等钢种的生产。
本申请提供的一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢及其制备方法，具有以下优势：
本发明提供的一种冷裂纹敏感系数≤0.13的700MPa高强度结构钢，通过充分发挥Ti、Mn、Cu、Si、Zr元素及其合适配比的细晶强化、相变强化作用来提高钢材强韧性、焊接性的成分设计，以达到节约材料和资源的要求，满足使用、成本低廉的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢，其特征在于，以质量百分比计算，由以下成分组成：
C：0.06-0.08%，Si：0.09-0.10%，Mn：0.8-1.2%，P≤0.017%，S≤0.006%，Ni：0.020-0.023%，Cr：0.02-0.04%，Cu：0.02-0.03%，Zr：0.005-0.008%，Ti：0.08-0.12%，N：0.0026-0.0048%，Al：0.024-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
其中，Ti、Mn、Cu、Si含量满足如下关系式：3.8<47.3[Ti]-258.8[Ti]2+487.9[Ti]3+1.6[Mn]+0.21[Cu]+[Si]<4.6。
2.一种权利要求1所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的制备方法，其特征在于，包括：
将原料依次进行铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取和回火。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼开始时，铁水中S含量≤0.015%；
所述转炉冶炼结束时，S含量≤0.006%，C含量为0.04%-0.06%，氧含量≤600ppm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述LF精炼过程中加入生石灰380-420kg/吨、精炼渣20-25kg/吨；
所述LF精炼过程中加入含钛包芯线后，吹氩10min-15min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼的开始温度1280-1320℃，结束温度为1710-1730℃，吹炼时间为15-19min；
所述LF精炼的温度为1590-1640℃，时间为14-29min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连铸的拉速为1.15m/min-1.35m/min。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连铸在开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，轧制过程中铸坯加热温度为1230℃-1280℃，所述粗轧的温度为1070℃-1110℃，所述精轧的温度为890℃-1078℃。
9.根据权利要求2-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷却以18-20℃/s至630℃，所述卷取的温度为590℃-630℃，所述回火的温度为540℃-560℃。
10.一种权利要求1所述的冷裂纹敏感系数小于等于0.13的700MPa高强度结构钢的应用，其特征在于，用于汽车、船舶和石油钻探设备的制造。
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